摘要：我国危化品停车场的数量日渐增多，而危化品停车场的安全风险管理工作难度较大，因此可燃气体和有毒气体检测报警系统在危化品停车场的安全风险管理工作中起到至关重要的作用。文章对可燃气体和有毒气体检测报警系统的组成及可燃气体和有毒气体探测器的分类及适用场合进行研究，以某危化品停车场项目为例，结合项目实际情况，设计出一套适用于危化品停车场的可燃气体和有毒气体检测报警系统。
关键词：可燃气体,有毒气体,气体检测,危化品停车场
1概述
2017年6月5日，一辆液化石油气运输罐车在位于山东省临沂市临港经济开发区化工园区的金誉石化有限公司储运部装卸区进行卸车作业时发生液化气泄漏，遇点火源发生爆炸，造成事故车辆及其他10余辆一起进行卸车作业的罐车相继爆炸，事故造成10人死亡，9人受伤，直接经济损失4 468万元。类似的事件在我国时有发生，引起化工企业的广泛关注。
国*院安全生产委员会印发的《全国安全生产专项整治三年行动计划》中明确要求“有危险化学品车辆聚集较大安全风险的化工园区应建设符合标准规范的危险化学品车辆专用停车场”。[1]危化品停车场完备的运输车辆管理系统及车辆停放等设施的设立，加强了化工园区对进出园区的危险化学品的管控，减少了危化品运输槽车带来的安全隐患，对提升化工园区安全风险管控水平，推进智慧园区建设具有重大意义[2]，化工园区危化品停车场的建设势在必行。
危化品停车场运输车辆流动性大，工艺介质复杂且多为剧毒、易燃、易爆物质，在运输过程中一旦发生事故易造成人身伤害，因此必须采取必要措施对事故进行预警。当运输车辆出现事故情况时，需采取紧急措施以避免事故扩大。依据T/CPCIF 0050—2020《化工园区危险品运输车辆停车场建设标准》，园区危险品运输车辆停车场应设置可燃气体和有毒气体报警装置。
相较于一般化工项目，危化品停车场涉及到的危险化学品种类更多，停放位置及流动性也更大，可燃气体和有毒气体检测报警控制系统的设置与常规化工项目差别较大。目前，我国危化品停车场的建设和安全风险管理还处在发展阶段，可燃气体和有毒气体检测报警控制系统作为危化品停车场安全风险管控的重要组成部分，还缺乏一些成熟的项目设计建设经验。本文以某危化品停车场项目为例，设计出一套适用于危化品停车场的可燃气体和有毒气体检测报警控制系统。
2可燃气体和有毒气体检测报警系统的设置
可燃气体和有毒气体检测报警控制系统应独立于过程控制系统设置，包括可燃气体或有毒气体探测器、现场警报器、报警控制单元等[3]。
2.1气体探测器
气体探测器设置在有毒气体或可燃气体释放源附近，当气体泄漏时，探测器可以及时检测到泄漏气体浓度并将检测信号送至报警控制单元。气体探测器的选用应综合考虑被测气体的种类、理化性质、检测环境等因素；气体探测器与释放源的水平安装距离和安装高度应满足相关规范要求。
若被测介质均为可用催化燃烧式探测器检测的混合组分可燃气体时，应对气体组分进行分析，按照首先达到爆炸下限的气体设置探测器；若被测介质为多种有毒气体时，各种有毒气体都可能达到报警值，应分别设置检测对应被测介质的有毒气体探测器；生产过程可能会出现环境过氧或欠氧，有现场人员进入的场所还应该设置氧气探测器；若单一组分介质既是可燃气体又是有毒气体，通常有毒气体浓度报警设定值要低于可燃气体浓度报警设定值，因此只设有毒气体报警即可。以环氧乙烷气体检测为例，环氧乙烷火灾危险性分类为甲A，爆炸下限3.0%，属于可燃气体，若按可燃气体检测，则测量范围为0%～3%，一级报警设定值0%～0.75%，二级报警设定值0%～1.5%。环氧乙烷同时也是常见有毒气体，其职业接触限值(OEL)为2 mg/m3，通常，大部分气体探测器测得的气体浓度为体积浓度（ppm），因此需要将其质量浓度（mg/m3）换算成体积浓度。环氧乙烷气体分子量Mw为44.052 g/mol，假定被测介质环境温度为室温20℃、环境大气压力为1 atm(101 325 Pa)，则职业接触限值(OEL)换算为体积浓度，如式(1)所示：
式中：Mw为气体分子量(g/mol)；T为环境温度(K)；P为环境大气压力(atm)。
环氧乙烷若按有毒气体检测，则由式(1)可得，其测量范围为0～5.0 ppm，一级报警设定值1.1 ppm，二级报警设定值2.2 ppm。因此环氧乙烷有毒气体报警值远小于可燃气体报警值，只设有毒气体探测器即可。
2.2现场警报器
现场警报器可分为气体探测器一体化声光警报器和现场区域警报器。一体化声光警报器随气体探测器安装，启动信号为气体探测器一级报警设定值；现场区域警报器按报警分区设置，其设置应保证该分区内处于任何区域的现场人员都能听到报警，启动信号为气体探测器的二级报警设定值。此外，为了保证现场人员及时发现气体报警并采取有效措施，控制室操作区也需要设置声光报警器。为了与火灾报警及事故报警相区分，气体报警的报警颜色通常选用蓝色。
2.3报警控制单元
报警控制单元相当于可燃气体和有毒气体检测报警控制系统的“大脑”，它可以接收气体探测器发出的气体检测信号，并在达到报警设定值时发出报警。有联动要求的还会发出联动信号，如甲类车间气体报警信号联锁启动该车间事故风机。此外，报警控制单元还应具有故障报警、信息存储、记录、显示等功能。
3可燃气体和有毒气体探测器的分类
3.1按检测原理分类
可燃气体或有毒气体探测器按照检测原理可分为催化燃烧型、红外型、激光型、电化学型、光电致离(PID)型、半导体型、热传导型等。催化燃烧型探测器是一种常见的可燃气体探测器，测量原理基于催化燃烧的热效应。在传感器内的铂加热丝涂覆活性催化剂，当被测可燃气体发生泄漏后与空气中的氧气混合扩散至传感器室，在催化剂的作用下会产生无焰燃烧释放热量，铂加热丝的电阻会随着温度的升高而变化，从而使惠斯通电桥失去平衡输出与该被测介质浓度成正比的电压信号，进而换算出可燃气体的浓度[4]。电化学型探测器是一种常见的有毒气体探测器，测量原理基于氧化还原反应，通常包含工作电极、参比电极及特定的电解液。当被测有毒气体通过传感器的扩散层过滤掉杂质进入电解液后，与电极发生氧化还原反应，产生与被测气体浓度成正比的电流，通过电流的大小确定被测有毒气体的浓度。
3.2按检测安装方式分类
可燃气体或有毒气体探测器按照检测安装方式可分为固定式、移动式、便携式。固定式探测器在现场长期固定安装，为需要设置可燃气体或有毒气体探测器的场所的首选安装形式；移动式探测器主要用于临时检测的场所，可在现场短期固定安装；便携式探测器主要用于现场工作人员进入存在可燃气体或有毒气体的环境时的泄漏检测和安全监测，可随身携带。移动式探测器通常采用无线式，而解决某些场合使用固定式探测器敷设电缆困难或成本太高，但仅依靠便携式探测器定时巡检又无法及时发现泄漏点的问题[5]。
3.3按采样方式分类
可燃气体或有毒气体探测器按照采样方式可分为扩散式和吸入式：扩散式是气体探测器最为常用的采样方式；吸入式主要用于工艺阀井、排污沟及地坑等现场安装条件受限、现场存在气体泄漏量不大但对人体危害程度大的毒性强的气体，被测介质挥发性差、不易扩散等不便使用扩散式探测器的场合[6]。
3.4按检测范围分类
可燃气体或有毒气体探测器按照探测器的检测范围可分为点式探测器和线型探测器：点式探测器较为常用，可检测一定半径球体范围内的可燃或有毒气体；线型探测器需要与点式探测器联合使用，通常用于生产装置周边、大型仓库、大型危化品停车场周边等开阔场所。
4某危化品停车场可燃气体和有毒气体检测报警系统的设置
4.1危化品停车场项目概况
某项目危化品停车场位于化工园区内，占地面积约38 800 m2，停车场北侧约80 m处为该化工园区应急指挥管理中心，该危化品停车场含停车区、门卫、危废品暂存间、洗车间、分析小屋、事故水池、初期雨水池、污水池。停车区综合考虑空载车辆、重载车辆和危险品运输车辆的火灾危险类别、运输介质特性及介质之间是否会发生化学反应等因素将危化品车辆分类分区停放，保证停车区域的安全。危化品停车场共设置89个停车位，分为3个车位区，其中13个侯检车位区，65个空载车位区，11个重载车位区。在候检区车位中，东侧靠近门卫3车位为非甲、乙类物料侯检停车位；空载车位区含47个可燃有毒介质车位、12个丙类介质车位、6个忌水介质车位；重载车位区含2个氧化剂车位、2个酸腐蚀介质车位、2个碱腐蚀介质车位、2个易燃易爆车位、3个忌水介质车位。
根据调研园区化工企业提供的危化品运输车辆情况，该园区危化品停车场涉及的危险化学品包括乙烷、乙酸乙酯、甲苯、甲醇、硫化氢、乙炔、苯乙烯、环氧氯丙烷、液氨、液氯、苯酚、硫酸二甲酯、氰化钠、三氯化磷、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、乙腈、水合肼、双氧水、甲醛、电石、金属钠等。
4.2危化品停车场可燃气体和有毒气体释放源分析
对本危化品停车场涉及到的危险化学品进行分析，需要检测的可燃气体有甲醇、氯苯、苯乙烯、乙酸乙酯、甲苯、乙炔、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷；需要检测的有毒气体有乙腈、水合肼、硫化氢、环氧氯丙烷、氯气、氨气、甲醛、硫酸二甲酯。
对危化品停车场可能泄漏或聚集可燃气体或有毒气体的场所进行分析，以确定释放源位置。危化品停车场的停车区域中，候检车位区的10个甲、乙类物料候检停车位存在释放源；重载车位区2个易燃易爆车位、3个忌水介质(忌水介质电石遇水会生成乙炔)车位存在释放源；空载车位区因空载车存在介质残留，35个可燃有毒介质车位、6个忌水介质车位存在释放源；危废品暂存间主要用于洗车试剂的存放及事故状态下暂时储存事故处理时产生的部分危险废物和清理废物所需要的工具，存在释放源；洗车间主要用于事故状态下，对沾染危险化学品的车辆的轮胎进行冲洗，存在释放源。
4.3危化品停车场可燃气体和有毒气体检测报警系统的设置
在可能泄漏或聚集可燃气体或有毒气体的场所设置可燃气体或有毒气体检测器，并将信号接至可燃气体报警控制器(GDS系统)。危化品停车场停车区域、洗车间及危废暂存间的气体检测信号进入门卫可燃有毒气体报警控制器，并通讯至应急指挥管理中心控制室GDS操作站。GDS系统独立设置，带报警输出功能，并设有独立的声光报警设施。在停车场出入口附近设置区域警报器，当危化品停车场GDS系统发出报警时，停车场所有现场人员均可感知到报警。可燃有毒气体检测报警系统控制器自带UPS，用电负荷等级为一级负荷中特别重要的负荷。
通过对园区危化品停车场危化品运输车辆情况的分析可知，该危化品停车场涉及到的可燃气体和有毒气体种类较多，且各种危化品运输车辆的停车频次及停车时间也不尽相同。停车区域的划分只能按照介质特性等分类分区，无法按照介质划定固定停车位，因此每个停车位可能会停放的运输车辆的储运介质不唯一。本项目可燃气体和有毒气体探测器若全部采用固定式探测器，则每个车位要设置多个测量不同介质的探测器，这种设置一是造价较高，二是探测器设置太多不利于车辆的停放。基于此，本项目可燃气体和有毒气体探测器采用固定式与移动式相结合的布置方式。在可燃气体介质中，二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷等卤代烃选用红外式可燃气体探测器，安装形式为无线移动式；其余可燃气体介质选用催化燃烧式探测器，当探测器测量介质涉及多种组分时，其报警值按照对应检测气体中爆炸下限最低的气体设定。有毒气体探测器均为无线移动式，依据被检测介质种类，检测硫化氢、环氧氯丙烷、氯气、甲醛、硫酸二甲酯、氨气选用电化学式气体探测器，检测水合肼选用光电致离型气体探测器，检测乙腈选用半导体型气体探测器。停车区域固定式可燃气体探测器周围设置防撞柱，带夜间反光。移动式探测器自带可充电锂电池，将其置于移动小车上便于移动，小车带刹车片用于现场位置固定。当含有移动式探测器可探测气体释放源的车辆进入危化品停车场停放时，现场工作人员将对应移动探测器移至危化品车辆释放源附近进行检测并将检测信号通过无线信号实时传输至可燃气体报警控制器进行显示及报警。
当洗车间及危废暂存间被检测可燃气体浓度达到爆炸下限的25%或有毒气体浓度达到100%OEL时，发出报警；可燃气体浓度达到爆炸下限的50%或有毒气体浓度达到200%OEL时，发出报警并联动事故风机。联动事故风机控制逻辑为：洗车间或危废暂存间可燃气体或有毒气体探测器检测值达到二级报警设定值，报警控制单元接收信号并向对应的事故风机控制箱发出启动事故风机数字量输出信号。可燃气体的第二级报警信号和报警控制单元的故障信号送至消防控制室进行图形显示和报警[3]。可燃气体和有毒气体检测报警控制系统的设置符合GB/T 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》，具备信息远传、连续记录、事故预警、信息存储等功能。可燃和有毒气体检测报警系统图如图1所示。
5结语
危化品停车场设置可燃气体和有毒气体检测报警控制系统，对防控危化品停车场安全事故、降低环境安全风险及事故发生概率、保障人身及财产安全具有重要意义。本文依据危化品停车场的项目特点设计的可燃气体和有毒气体检测报警控制系统，在项目运营中实际运行良好，对气体泄漏起到了提前有效预警，以便现场人员及时采取措施，这为今后危化品停车场可燃气体和有毒气体检测报警控制系统的设置提供了参考和借鉴。
参考文献：
[1]国*院安全生产委员会.全国安全生产专项整治三年行动计划[A].北京:国*院安全生产委员会,2020.
[2]王成龙.危化品停车场风险分析及安责险研究[D].沈阳:沈阳航空航天大学,2019.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部,国家市场监督管理总局.石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准:GB/T 50493—2019[S].北京:中国计划出版社,2019.
[4]康普辉,姜*泉.可燃及有毒有害气体检测系统在多晶硅生产中的应用[J].化工自动化及仪表,2013(6):725-727.
[5]王凯,王亚刚,邵惠鹤.无线可燃气体检测系统设计与实现[J].控制工程,2011,18(4):535-538.
[6]张其方.可燃气体和有毒气体检测系统应用探讨[J].中国化工贸易,2018,54(5):15-18.
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